CN103293089A - 一种网织红细胞分析仪 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种网织红细胞分析仪，其包括激光整形照明单元、样本处理输送单元、后续信号处理单元与鞘流池，其中，所述激光整形照明单元包括一光源与一整形透镜结构，所述光源产生的激光透过所述整形透镜结构进行整形，所述整形透镜结构包括至少两片竖直布置的整形透镜，两片整形透镜中至少一片柱面透镜或双圆锥面型透镜，所述整形透镜结构内至少存在一个实际的或者虚拟的内焦点。采用至少两片竖直布置的整形透镜形成整形透镜结构，彻底改变第一焦点与第二焦点的结构方式，避免了照射光斑在短轴方向上出现旁瓣现象，使得后续电信号脉冲中的旁脉冲彻底消除，避免了出现因旁瓣冲而引起样本误判的情况。

Description

一种网织红细胞分析仪

技术领域

本发明涉及流式细胞仪，尤其涉及一种网织红细胞分析仪。

背景技术

传统的流式细胞仪已广泛应用于白细胞分类计数和网织红细胞分析领域。这样的分析仪主要由照明单元、鞘流池单元、压力液路单元和信号处理单元组成。其中照明单元将光源（光源一般采用激光的技术方式）发出的光准直整形后，变成横截面为椭圆型的光斑，照射至鞘流池。鞘流池提供了一个光学检测区域，在该区域中，利用鞘流原理将待测样本携裹在鞘流中，使样本细胞逐个通过该区域。通过该区域的样本细胞被照明单元照亮后，在全空域发出散射光，如果待测样本被荧光染料染色，则同时向全空域发出荧光信号；信号处理单元按照发射光角度的不同收集散射光和荧光信息，并转换为电信号。这些电信号经甄别、处理、分析后可形成直观的一维直方图或者二维散点图，从而得到白细胞和网织红细胞的分类和计数信息。

荧光染料只对网织红细胞中含有的DNA和RNA物质敏感，并附着其上。一般来说，DNA或者RNA越多，则其上附着的荧光染料越多，光路中收集到的荧光信号越强，以此来区分和计数网织红细胞。

现有技术中，如图1所示，通常的白细胞计数仪的照明单元都需要将光源11发出的光经过一个有12、13组成的光学***聚焦在鞘流池2的中心区域。在垂直于光路的平面上形成一个椭圆型光斑。通常光源为半导体激光器，其在相互垂直的两个方向上发散角不同，比如在一个方向上的发散角为8度，在于其垂直的方向上为32度。

该照明单元输出的光束在大、小角度上各有一个不同位置的聚焦点，其中32度的发散光聚焦在待测区域中心（下文称第一聚焦点），聚焦的宽度约为14±5um，8度的发散光被聚焦在第一聚焦点之后7~20mm的位置，其聚焦宽度应小于设计的挡光光阑，一般为0.1~1mm。

其中第一聚焦点的光斑，如图2所示的，使用椭圆型灰色区域标示，其光斑宽为14±5um，长为60 um ~300um，形状为椭圆形，短轴方向与待测样本流向一致。第二聚焦点的光斑也为椭圆状，光斑宽0.1~1mm，长度方向没有要求，一般依据具体的设计方案确定。第二聚焦点的长轴方向与待测样本流向一致，即与第一聚焦点的光斑长轴互相垂直。

第一聚焦点为照明光斑，作用是将通过该区域的待测样本照亮，以使样本发出散射光或者荧光。当光束直接穿过待测样本后，如果直接进入光电转换***，就会引起一个比较大的光能量本底，从而使得后续信号处理单元出现一个比较大的直流本底（直射激光的能量远大于散射光或者荧光），甚至会导致光电转换元件的饱和。所以，需要在待测区域之后使用一个条形光阑，将直射的激光遮挡掉，为使条形光阑不至于遮挡掉更多的有用信号光，故该条形光阑的线度应越小越好，但是，又不能过小，以至于不能完全遮挡激光。因此，照明***在第一聚焦点之后，设计了一个第二聚焦点，将激光汇聚成一个椭圆形的细长光斑，其光斑宽度越小，则需要遮挡的条形光阑的线度越小。然后，将较小的条形光阑设置在第二聚焦点上，达到减小条形光阑线度的目的。

如上所述，上述的照明***中的第一块透镜负责对半导体激光器发出的光进行收集，并进行一定程度的整形，比如将激光器发出的光变为平行光。但半导体激光器发出的光在相互垂直的两个方向上发散角不同，其中一路的发散半角约为32度。这就要求该镜片有一个比较高的数值孔径，一般来说，应大于0.6，同时要求该镜片的通光孔径足够大。           

在这种情况下，对一般的球面或者非球面透镜来讲，数值孔径为0.6，一般都会接近镜片的设计极限值。这样，不可避免的有一部分激光照射到了透镜的边缘处。如图3所示，这一部分光在第一块透镜边缘被散射，经后续光束整形***处理后，会在照明光斑附近形成一个不应该出现的旁瓣，当待测区域的样本通过这种光斑后，其形成的电脉冲图像将如图4所示，这种在主脉冲旁边出现的旁脉冲。

一般情况下，在电路上会有一个最低阈值，用以屏蔽类似的旁瓣脉冲，但是，由于待测样本的大小不一，其中包含了体积比较小，同时引起的电脉冲比较小的血小板等细胞，这样，该最低阈值就不宜设置的过小，以防将血小板信号误判为无用信号。这样，就有一部分体积比较大，同时引起的电脉冲也比较大的细胞，其伴生出现的旁瓣脉冲被误判为小信号的细胞。从而导致分类和计数的结果不够准确。

因此，现有技术还有待于更进一步的改进和发展。

发明内容

鉴于上述现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种网织红细胞分析仪，在短轴方向上完全消除旁瓣现象，使得后续电信号脉冲中的旁脉冲彻底消除，避免出现因旁瓣冲而引起样本误判的情况，提高分析结果的准确性。

本发明的技术方案如下：

一种网织红细胞分析仪，其包括激光整形照明单元、样本处理输送单元、后续信号处理单元与鞘流池，其中，所述激光整形照明单元用于对激光进行准直、均匀、汇聚整形处理后照射到所述鞘流池的待测样本中；所述样本处理输送单元与所述鞘流池相连通，用于将被鞘液携裹的待测样本流经所述鞘流池；所述后续信号处理单元与所述鞘流池相连接，用于处理所述鞘流池输出的散射光；

所述激光整形照明单元包括一光源与一整形透镜结构，所述光源产生的激光透过所述整形透镜结构进行整形，所述整形透镜结构包括至少两片竖直布置的整形透镜，两片整形透镜中至少一片柱面透镜或双圆锥面型透镜，所述整形透镜结构内至少存在一个实际的或者虚拟的内焦点。

所述的网织红细胞分析仪，其中，所述整形透镜结构包括两片凸型柱面镜，两片凸型柱面镜的母线位于同一直线，两片凸型柱面镜之间存在一个实际内焦点，两片凸型柱面镜的凸面均面向所述光源；或者所述整形透镜结构包括一片凸型柱面镜与一片整形凹透镜，凸型柱面镜与整形凹透镜之间存在一个虚拟内焦点，凸型柱面镜的凸面与整形凹透镜的凹面均面向所述光源。

所述的网织红细胞分析仪，其中，所述整形透镜结构包括第一凸型柱面镜、第二凸型柱面镜与第三凸型柱面镜，第一凸型柱面镜、第二凸型柱面镜与第三凸型柱面镜的光心位于同一直线，第二凸型柱面镜位于第一凸型柱面镜与第三凸型柱面镜之间，第二凸型柱面镜与第三凸型柱面镜之间存在一个实际内焦点，第一凸型柱面镜与第三凸型柱面镜的凸面均面向所述光源，所述第二凸型柱面镜的凸面背向所述光源。

所述的网织红细胞分析仪，其中，所述整形透镜结构包括第四凸型柱面镜、第五凸型柱面镜与第六整形凹透镜，第四凸型柱面镜、第五凸型柱面镜与第六整形凹透镜的光心位于同一直线，第五凸型柱面镜位于第四凸型柱面镜与第六整形凹透镜之间，第五凸型柱面镜与第六整形凹透镜之间存在一个虚拟内焦点，第四凸型柱面镜与的凸面背向所述光源，所述第五凸型柱面镜的凸面与所述第六整形凹透镜的凹面均面向所述光源。

所述的网织红细胞分析仪，其中，所述光源为半导体激光器，所述半导体激光器发出之激光在Y方向的发散角大于在X方向的发散角。

所述的网织红细胞分析仪，其中，所述激光整形照明单元整形后的光在所述鞘流池之待测区域形成的光斑为椭圆型，其长轴为60 um ~300um，其短轴为12 um ~18um，所述短轴方向与所述光源发出之激光的X方向一致。

所述的网织红细胞分析仪，其中，所述激光整形照明单元输出光的横截面为椭圆的光斑，光能量分布均匀，光斑中心处与距光斑中心5um处的光能量密度差异小于20%。

所述的网织红细胞分析仪，其中，所述样本处理输送单元包括气压传输控制模块与液体传输控制模块，所述气压传输控制模块、液体传输控制模块均与所述鞘流池相连接； 

所述气压传输控制模块提供0.014±0.003MPa的鞘液压力，使鞘液高速稳定通过所述鞘流池；

所述液体传输控制模块将处理后的样本输送至所述鞘流池，使鞘液携裹着样本通过所述鞘流池；

所述的鞘流池内部液体通路横截面为圆形或者正方形，其直径或者边长小于0.3mm。

所述的网织红细胞分析仪，其中，所述后续信号处理单元包括光信号处理模块、光电转换模块、电信号处理模块，并依次相连接； 

所述光信号处理模块收集样本发出的散射光，准直后按照对应的散射角度进行分光，之后分别进行汇聚，射入光电转换模块；

所述光电转换模块至少包括光电池或者光电二极管等光电转换元件，将入射的光信号转换成电信号；

所述电信号处理模块提取上述电信号中的峰值或脉冲宽度信息，甄别筛选后进行计数、分类，形成二位散点图或者一维直方图。

所述的网织红细胞分析仪，其中，所述光信号处理模块包括至少一个光电倍增管。

本发明提供的一种网织红细胞分析仪，采用至少两片竖直布置的整形透镜形成整形透镜结构，将激光器发出的发散角为8度左右的光汇聚成第一聚焦点，其光斑宽度为14±5um，使用一个有内焦点的光束整形***，使得32度左右方向的光在第一聚焦点时宽度为60 um ~300um，并汇聚至第二聚焦点处，彻底改变第一焦点与第二焦点的结构方式，避免了照射光斑在短轴方向上出现旁瓣现象，使得后续电信号脉冲中的旁脉冲彻底消除，避免了出现因旁瓣冲而引起样本误判的情况，提高了分析结果的准确性，取得了技术上的极大进步。 

附图说明

图1为现有技术中网织红细胞分析仪照明***的结构示意图；

图2为现有技术中网织红细胞分析仪照明光斑的结构示意图；

图3为现有技术中网织红细胞分析仪照明***的缺陷示意图；

图4为现有技术中网织红细胞分析仪的旁瓣脉冲示意图；

图5为本发明中两凸透镜之激光整形照明单元的结构示意图；

图6为本发明中一凸透镜与一凹透镜之激光整形照明单元的结构示意图；

图7为本发明中三凸透镜之激光整形照明单元的结构示意图；

图8为本发明中两凸透镜与一凹透镜之激光整形照明单元的结构示意图；

图9为本发明中网织红细胞分析仪的结构示意图。

具体实施方式

本发明提供了一种网织红细胞分析仪，为使本发明的目的、技术方案及效果更加清楚、明确，以下对本发明进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

本发明提供了一种网织红细胞分析仪，如图9所示的，其包括激光整形照明单元1、样本处理输送单元3、后续信号处理单元4与鞘流池5，并且所述激光整形照明单元1用于对激光进行准直、均匀、汇聚整形处理后照射到所述鞘流池5的待测样本中；所述样本处理输送单元3与所述鞘流池5相连通，用于将被鞘液携裹的待测样本流经所述鞘流池；所述后续信号处理单元4与所述鞘流池5相连接，用于处理所述鞘流池5输出的散射光，形成二位散点图或者一维直方图。

所述激光整形照明单元1包括一光源6与一整形透镜结构，所述光源6采用光源采用激光，包括但不限于半导体激光器。所述光源6产生的激光透过所述整形透镜结构进行整形，如图5、图6、图7与图8所示的，所述整形透镜结构包括至少两片竖直布置的整形透镜，两片整形透镜中至少一片柱面透镜或双圆锥面型透镜，所述整形透镜结构内至少存在一个实际的或者虚拟的内焦点。彻底改变第一焦点与第二焦点的结构方式，避免了照射光斑在短轴方向上出现旁瓣现象，提高了分析结果的准确性。

更进一步得到，如图5所示的，所述整形透镜结构包括两片凸型柱面镜7，两片凸型柱面镜7的母线位于同一直线，两片凸型柱面镜7之间存在一个实际内焦点，两片凸型柱面镜7的凸面均面向所述光源6，可以使用使得光束能量均匀化的高次非球面透镜，使光在所述鞘流池5的待测区域内均匀分布。或者如图6所示的，所述整形透镜结构包括一片凸型柱面镜8与一片整形凹透镜9，凸型柱面镜8与整形凹透镜9之间存在一个虚拟内焦点，凸型柱面镜9的凸面与整形凹透镜8的凹面均面向所述光源。

本发明的最佳实施例中，如图7所示的，所述整形透镜结构包括第一凸型柱面镜10、第二凸型柱面镜15与第三凸型柱面镜16，第一凸型柱面镜10、第二凸型柱面镜15与第三凸型柱面镜16的光心位于同一直线，第二凸型柱面镜15位于第一凸型柱面镜10与第三凸型柱面镜16之间，第二凸型柱面镜15与第三凸型柱面镜16之间存在一个实际内焦点，第一凸型柱面镜10与第三凸型柱面镜16的凸面均面向所述光源6，所述第二凸型柱面镜15的凸面背向所述光源6，所有透镜镜面的面型曲线可以是球面或者非球面，也可以使用使得光束能量均匀化的高次非球面透镜，使得***输出光斑的能量分布为非高斯类型，从而使整形后的光在所述鞘流池5的待测区域内均匀分布。

更进一步的，如图8所示的，所述整形透镜结构包括第四凸型柱面镜17、第五凸型柱面镜18与第六整形凹透镜19，第四凸型柱面镜17、第五凸型柱面镜18与第六整形凹透镜19的光心位于同一直线，第五凸型柱面镜18位于第四凸型柱面镜17与第六整形凹透镜19之间，第五凸型柱面镜18与第六整形凹透镜19之间存在一个虚拟内焦点，第四凸型柱面镜17与的凸面背向所述光源，所述第五凸型柱面镜18的凸面与所述第六整形凹透镜19的凹面均面向所述光源。

在本发明的另一较佳实施例中，所述光源为半导体激光器，所述半导体激光器发出之激光在Y方向的发散角大于在X方向的发散角。

并且所述激光整形照明单元整形后的光在所述鞘流池之待测区域形成的光斑为椭圆型，其长轴为60 um ~300um，其短轴为12 um ~18um，所述短轴方向与所述光源发出之激光的X方向一致。

更进一步的，所述激光整形照明单元1输出光的横截面为椭圆的光斑，光能量分布均匀，光斑中心处与距光斑中心5um处的光能量密度差异小于20%。

在本发明的另一较佳实施例中，所述样本处理输送单元3包括气压传输控制模块与液体传输控制模块，所述气压传输控制模块、液体传输控制模块均与所述鞘流池5相连接； 

所述气压传输控制模块提供0.014±0.003MPa的鞘液压力，使鞘液高速稳定通过所述鞘流池；

所述液体传输控制模块将处理后的样本输送至所述鞘流池，使鞘液携裹着样本通过所述鞘流池；

所述的鞘流池5内部液体通路横截面为圆形或者正方形，其直径或者边长小于0.3mm。

在本发明的另一较佳实施例中，所述后续信号处理单元4包括光信号处理模块、光电转换模块、电信号处理模块，并依次相连接； 

所述光信号处理模块收集样本发出的散射光，准直后按照对应的散射角度进行分光，之后分别进行汇聚，射入光电转换模块；

所述光电转换模块至少包括光电池或者光电二极管等光电转换元件，将入射的光信号转换成电信号；

所述电信号处理模块提取上述电信号中的峰值或脉冲宽度信息，甄别筛选后进行计数、分类，形成二位散点图或者一维直方图。并且所述光信号处理模块包括至少一个光电倍增管，更进一步的，所述光信号处理模块包括但不限于光电二极管、雪崩光电二极管、光电倍增管等器件。

应当理解的是，本发明的应用不限于上述的举例，对本领域普通技术人员来说，可以根据上述说明加以改进或变换，所有这些改进和变换都应属于本发明所附权利要求的保护范围。

Claims (10)

1.一种网织红细胞分析仪，其包括激光整形照明单元、样本处理输送单元、后续信号处理单元与鞘流池，其特征在于，所述激光整形照明单元用于对激光进行准直、均匀、汇聚整形处理后照射到所述鞘流池的待测样本中；所述样本处理输送单元与所述鞘流池相连通，用于将被鞘液携裹的待测样本流经所述鞘流池；所述后续信号处理单元与所述鞘流池相连接，用于处理所述鞘流池输出的散射光；

所述激光整形照明单元包括一光源与一整形透镜结构，所述光源产生的激光透过所述整形透镜结构进行整形，所述整形透镜结构包括至少两片竖直布置的整形透镜，两片整形透镜中至少一片柱面透镜或双圆锥面型透镜，所述整形透镜结构内至少存在一个实际的或者虚拟的内焦点。

2.根据权利要1所述的网织红细胞分析仪，其特征在于，所述整形透镜结构包括两片凸型柱面镜，两片凸型柱面镜的母线位于同一直线，两片凸型柱面镜之间存在一个实际内焦点，两片凸型柱面镜的凸面均面向所述光源；或者所述整形透镜结构包括一片凸型柱面镜与一片整形凹透镜，凸型柱面镜与整形凹透镜之间存在一个虚拟内焦点，凸型柱面镜的凸面与整形凹透镜的凹面均面向所述光源。

3.根据权利要求1所述的网织红细胞分析仪，其特征在于，所述整形透镜结构包括第一凸型柱面镜、第二凸型柱面镜与第三凸型柱面镜，第一凸型柱面镜、第二凸型柱面镜与第三凸型柱面镜的光心位于同一直线，第二凸型柱面镜位于第一凸型柱面镜与第三凸型柱面镜之间，第二凸型柱面镜与第三凸型柱面镜之间存在一个实际内焦点，第一凸型柱面镜与第三凸型柱面镜的凸面均面向所述光源，所述第二凸型柱面镜的凸面背向所述光源。

4.根据权利要求1所述的网织红细胞分析仪，其特征在于，所述整形透镜结构包括第四凸型柱面镜、第五凸型柱面镜与第六整形凹透镜，第四凸型柱面镜、第五凸型柱面镜与第六整形凹透镜的光心位于同一直线，第五凸型柱面镜位于第四凸型柱面镜与第六整形凹透镜之间，第五凸型柱面镜与第六整形凹透镜之间存在一个虚拟内焦点，第四凸型柱面镜与的凸面背向所述光源，所述第五凸型柱面镜的凸面与所述第六整形凹透镜的凹面均面向所述光源。

5.根据权利要求1所述的网织红细胞分析仪，其特征在于，所述光源为半导体激光器，所述半导体激光器发出之激光在Y方向的发散角大于在X方向的发散角。

6.根据权利要求5所述的网织红细胞分析仪，其特征在于，所述激光整形照明单元整形后的光在所述鞘流池之待测区域形成的光斑为椭圆型，其长轴为60 um ~300um，其短轴为12 um ~18um，所述短轴方向与所述光源发出之激光的X方向一致。

7.根据权利要求1所述的网织红细胞分析仪，其特征在于，所述激光整形照明单元输出光的横截面为椭圆的光斑，光能量分布均匀，光斑中心处与距光斑中心5um处的光能量密度差异小于20%。

8.根据权利要1所述的网织红细胞分析仪，其特征在于，所述样本处理输送单元包括气压传输控制模块与液体传输控制模块，所述气压传输控制模块、液体传输控制模块均与所述鞘流池相连接； 

所述气压传输控制模块提供0.014±0.003MPa的鞘液压力，使鞘液高速稳定通过所述鞘流池；

所述液体传输控制模块将处理后的样本输送至所述鞘流池，使鞘液携裹着样本通过所述鞘流池；

所述的鞘流池内部液体通路横截面为圆形或者正方形，其直径或者边长小于0.3mm。

9.根据权利要求1所述的网织红细胞分析仪，其特征在于，所述后续信号处理单元包括光信号处理模块、光电转换模块、电信号处理模块，并依次相连接； 

所述光信号处理模块收集样本发出的散射光，准直后按照对应的散射角度进行分光，之后分别进行汇聚，射入光电转换模块；

所述光电转换模块至少包括光电池或者光电二极管等光电转换元件，将入射的光信号转换成电信号；

所述电信号处理模块提取上述电信号中的峰值或脉冲宽度信息，甄别筛选后进行计数、分类，形成二位散点图或者一维直方图。

10.根据权利要求9所述的网织红细胞分析仪，其特征在于，所述光信号处理模块包括至少一个光电倍增管。

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